【應(yīng)用】ANSYS高級(jí)模態(tài)分析技術(shù)—盤式制動(dòng)器嘯叫分析

2016-10-22 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

如何減小制動(dòng)器噪音在汽車工業(yè)中是一個(gè)典型問題。摩擦片會(huì)產(chǎn)生廣泛的、持續(xù)的摩擦引起的振動(dòng),即制動(dòng)器嘯叫。剎車系統(tǒng)生產(chǎn)商在以往的對(duì)盤式制動(dòng)器有限元模擬中花費(fèi)大量的時(shí)間在實(shí)物試驗(yàn)的方式獲得準(zhǔn)確的接觸狀態(tài),然后手工建立制動(dòng)盤、摩擦片和其它部件之間的聯(lián)接?，F(xiàn)在我們可以在統(tǒng)一的ANSYS Workbench平臺(tái)下,方便利用ANSYS接觸功能,以及高級(jí)復(fù)模態(tài)求解功能實(shí)現(xiàn)整個(gè)制動(dòng)器的噪聲分析。

1、分析流程

利用幾何接口直接導(dǎo)入盤式制動(dòng)器系統(tǒng)的三維實(shí)體幾何模型,在ANSYS Workbench 中進(jìn)行幾何模型處理和網(wǎng)格劃分,修改自動(dòng)創(chuàng)建的接觸連接關(guān)系。模型處理好后首先進(jìn)行非線性靜力學(xué)分析,模擬制動(dòng)器的制動(dòng)時(shí)真實(shí)接觸狀態(tài),并將制動(dòng)器摩擦副之間的摩擦力作為外力引入到振動(dòng)微分方程,使原本對(duì)稱的剛度項(xiàng)變成非對(duì)稱項(xiàng)。利用線性攝動(dòng)法,引入摩擦后的非對(duì)稱剛度矩陣,進(jìn)行復(fù)模態(tài)分析。對(duì)復(fù)模態(tài)進(jìn)行分析,研究不同的材料、幾何等特性對(duì)制動(dòng)噪聲的影響。

2、ANSYS接觸技術(shù)

諸如摩擦滑移制動(dòng)這些現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致一些不均勻量,在制動(dòng)器尖叫問題分析過程中如果人工計(jì)算并設(shè)置這些不均勻量,把這些不均勻量通過特殊的單元(例如MATRIX27)輸入。這是一個(gè)繁瑣的過程,它需要?jiǎng)x車墊-剎車片交界面上相匹配的網(wǎng)格,并且假設(shè)這些網(wǎng)格是相互接觸并產(chǎn)生滑移的一定數(shù)量接觸面相關(guān)。

ANSYS Workbench自動(dòng)探測(cè)接觸,建立接觸單元。通過ANSYS 3D接觸單元(CONTA17X)在剎車墊-剎車片交界面上建立面-面接觸,是一種相當(dāng)有效的建模方法。利用面-面接觸單元,不需要在接觸面\目標(biāo)面上建立相互匹配的網(wǎng)格,同時(shí)也不需要計(jì)算不均勻量。

由于接觸壓力及摩擦應(yīng)力是通過穿透量的逐步換算在每一部迭代中增加的,因此,摩擦接觸采用增強(qiáng)拉格朗日接觸方程。同時(shí)增強(qiáng)拉格朗日方程相比拉格朗日乘子法需要更少的迭代次數(shù),因?yàn)槔窭嗜粘俗臃ㄐ枰郊拥牡鷣矸€(wěn)定接觸狀態(tài)。增強(qiáng)拉格朗日法對(duì)于通常的摩擦接觸,例如制動(dòng)盤-摩擦片之間的摩擦接觸是相當(dāng)適用的。

3、復(fù)模態(tài)分析技術(shù)

制動(dòng)器嘯叫分析關(guān)鍵挑戰(zhàn)在于模態(tài)分析中考慮結(jié)構(gòu)線性或非線性預(yù)應(yīng)力狀態(tài)。ANSYS Mechanical通過線性攝動(dòng)法自動(dòng)計(jì)入預(yù)應(yīng)力效果。通常在非線性靜力學(xué)分析中確定初始接觸狀態(tài)及計(jì)算制動(dòng)盤與摩擦片間的滑動(dòng)接觸。在靜力分析中摩擦接觸產(chǎn)生非對(duì)稱剛度矩陣,在后續(xù)模態(tài)計(jì)算中利用復(fù)模態(tài)求解器QR Damped 或Unsymmetric進(jìn)行求解。

得到的復(fù)特征值實(shí)部的正負(fù)來判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定。如果實(shí)部為正值,相應(yīng)的虛部即為可能發(fā)生制動(dòng)噪聲的頻率。如果復(fù)模態(tài)具有非正實(shí)部,則該階模態(tài)是穩(wěn)定的。從而判斷制動(dòng)器發(fā)生制動(dòng)噪聲趨勢(shì)以及特有噪聲頻率。

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